恒壓變頻供水系統(tǒng)

1、恒壓變頻供水系統(tǒng)    論文關鍵詞：恒壓變頻供水PLC壓差供水自動控制論文摘要 ：建設節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護水資源是一項艱巨任務。根據(jù)高校用水時間集中，用水量變化較大的特點，分析了校園原供水系統(tǒng)存在成本高，可靠性低，水資源浪費，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出以利用自來水水壓供水與水泵提水相結合的方式，并配以變頻器、軟啟動器、PLC、微泄露補償器、壓力傳感器、液位傳感器等不同功能等傳感器，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。從而可以解決因樓層太高導致壓力不足及小流量時能耗大的問題。另外水泵耗電功率與電

2、機轉速的三次方成正比關系，所以水泵調速運行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省近四成。結合使用可編程控制器，可實現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動，具有短路保護、過流保護功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了電機的使用壽命。  ABSTRACT ：Building the conservation-oriented society, the reasonable development, saves and the effective protecting water resources is an arduous task. Be centralized according to the

3、university water used time, the water consumption change major characteristic, analyzed the campus original water supply system existence cost to be high, the reliability was low, the water resources waste, the pipe network system treated the consummation the question. Proposed that draws water the

4、way which using the running water hydraulic pressure water supply and the water pump unifies, and matches by the inverter, the soft starter, PLC, Micro reveals the compensator, the pressure transmitter, the fluid position sensor and so on. according to the network management pressure, controls water

5、 pump's rotational speed through the inverter, causes in water pipe's pressure maintains at throughout the appropriate scope, thus may solve the problem which the floor high pressure is too insufficient when small current capacity the energy consumption is big.     Moreover th

6、e water pump consumes the electric power and the electrical machinery rotational speed is proportional three cubed the relations, therefore the water pump velocity modulation movement's energy conservation effect is obvious, the average power consumption usual water supply way saves 40%.The unio

7、n uses the programmable controller, may realize the main pump frequency conversion, the auxiliary pump soft start, has the short circuit protection, the overflow protection function stably, the work reliable, lengthened electrical machinery's service life greatly.  Key words: Constant press

8、ure frequency conversion water supply, PLC, differential pressure water supply, automatic control第一章 緒  論 1.1恒壓供水問題的提出 水已經(jīng)成為中國21世紀的熱點問題，水有其自然屬性，它既是一種特殊的、不可替換的資源，又是一種可重復使用、可再生的資源；水又有其經(jīng)濟和社會屬性，不僅工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展要靠水，水更是城市發(fā)展、人民生活的生命線。變頻調速恒壓供水技術其節(jié)能、安全、供水高品質等優(yōu)點，在供水行業(yè)得到了廣泛應用。恒壓供水調速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電動機無級調速，依據(jù)用水量的變化（實際上為供水

9、管網(wǎng)的壓力變化）自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當今先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應用中如何充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻器調速恒壓供水設備，降低成本、保證產(chǎn)品質量等有著重要意義。而高校校園的供水和一般城市供水相比較則有些特殊。主要是由于校園內學生住宿區(qū)一般都較為集中，造成了學生宿舍、食堂的用水十分集中，且用水量較大。而其它建筑物如教室、實驗室、教師住宿區(qū)等的用水量則相對較少。同時，用水的時間性強，一般在早上六點到八點，中午十一點到下午兩點，下午五點到七點，晚上九點到十點四個時間段用水量最大，而其它時間則用水量一般。某高校的某區(qū)供水方式為

10、：把城市自來水管網(wǎng)的水源取到蓄水池后，用水泵抽到校園內高位水池，再由高位水池向校園管網(wǎng)供水。這種方法的缺點是隨著高校的擴招，學生人數(shù)顯著增多，造成了經(jīng)常性的供水不足，特別是學生宿舍和食堂最為明顯，影響了學生和教師的正常生活秩序。同時該供水方式還存在如下問題： （1）供水成本高。由于校園內的用水全部單純采用水泵供水，造成電能的極大浪費和機電設備的大量損耗。 （2）供水可靠性低。由于水泵采用人工操作方式，高位水池的水位只能靠人為估計，而且高位水池離水泵房較遠，無法做到準時開機和停機。會造成供水中斷或出現(xiàn)高位水池水位過高而溢流，電能和水資源造成浪費。另外，如果蓄水池水位過低，還會造成水泵空轉，導致電

11、能浪費和機電設備的加速損耗。 （3）水資源浪費。除水泵不能準時停機而造成的溢流浪費外。學生因高峰期供水中斷，故經(jīng)常打開閥門未關，造成來水后的浪費。很多學生在上課前或睡覺前打開閥門，用水桶或臉盆接水、貯水，造成來水后大量溢流，極大地浪費了水資源，增大了供水成本。 （4）校園管網(wǎng)系統(tǒng)設計有缺陷。對于一般     建筑物，如教室、實驗室、教師住宿區(qū)等，本來城市自來水的正常供水即可滿足其用水量要求，但采用水泵供水后反而會出現(xiàn)樓房頂層供水不足的現(xiàn)象。同時，用水量大的學生宿舍屋頂水池設計偏小，調節(jié)能力較差。 1.2國內恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀 1.2.1國內恒壓供水系統(tǒng)研

12、究狀況 目前,就國內而言，歸結起來主要采用以下三種方法:（1）水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點   這種方式是集中供水。對于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設計有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設屋頂水箱。主水泵一般有三臺，二開一備自動切換，副泵為一般為一小流量泵，夜間用水量小時主泵自動切換到副泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變。恒壓變頻供水是較為理想和先進的。首先恒壓變頻供水保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進行變頻供水，既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動（對電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長了水泵壽命。各臺水泵自動輪換使用，即最先投入使

13、用的水泵最早退出運行，這樣各臺水泵壽命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動跳過故障泵運行。如圖1-1所示。（2）水池水泵高位水箱用水點 此方式也是集中供水。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設計有一座地下水池，通過兩臺水泵（一用一備）抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。（3）單元水箱單元增壓泵單元高位水箱各單位用水點   此方式已簡化為單元總水表進水。單元水箱和單元增壓泵實際上是一個整 體，我們稱之為單元增壓器。由于有屋頂水箱，高水位時停泵，低水位時啟泵，這樣，水泵也有了停息時間，既省電又不至于

14、一停電就停泵無水供應，用水有了保障，社會效益較好。圖1-1傳統(tǒng)恒壓供水方式1.2.2各類供水系統(tǒng)的比較 水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點是目前國內外普遍采用的方法。該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關”的順序關泵，工作泵與備用泵不固定死。1這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設備的綜合利用率，降低了維護費用。水池水泵高位水箱用水點這種供水方式通過水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶。但是這第種二次供水方式不可避免造成二次污染，影響居民的身體健康。所以這種方案并不可取，終將淘汰。單元水箱單元增壓

15、泵單元高位水箱各單位用水點的確也達到了樓房高層的用戶不因城市供水管網(wǎng)水壓減小而用不到水的目標，2但是它的投資較大，總費用比上兩種方式增加一、二十萬元。這些費用要在用戶的水電費上來扣除，這對于居民和學校來說是巨大的壓力，所以也不可取。結合校園用水的特點和經(jīng)濟效益的考慮,決定采用恒壓變頻供水系統(tǒng)。但上述的恒壓供水系統(tǒng)有一個很大的弊病，就是在一個變頻泵已經(jīng)工作但壓力仍然達不到設定壓力，需要啟動另外一個泵時把主線路從變頻器切換到工頻線路上，從理論上講是不錯的，變頻器輸出電壓是380V，工頻線路輸出的也是380V。但是實際應用中工頻線路的電壓是不定的。3一般在水廠的配電室里對外輸出有兩到三個檔，一個是春

16、秋季節(jié)時用的380V的供電電壓，另一個是夏天時用的420V或420V以上（因為用空調冰箱較多），設所需水壓0.2mpa，單泵只能達到0.195mpa，則需要加泵，當線路由變頻切換到工頻時，電壓突然增大，多出來的電壓會使水泵向上抽更多的水，很有可能使水壓超過設定值，PLC根據(jù)壓力傳感器的信號令A泵退出運行，但實際水壓并未達到0.2mpa穩(wěn)定后仍然需要加泵，B泵頻率上升至50Hz，切換線路并啟動C泵，切換時又遇到剛才的狀況，導致水泵頻繁切換，但水壓始終上不去。1.3 本課題的總體方案 1.3.1系統(tǒng)的總體布局圖 圖1-2 系統(tǒng)總體布局圖1.3.2系統(tǒng)的總體方案 系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式，把1泵

17、和變頻器連接，實現(xiàn)變頻運行。為保護電機，2泵和3泵用軟起動器來啟動，起動參數(shù)可調，而且采用軟起動具有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機，它可以克服瞬間斷電停機沖擊電流大的弊病，減輕對管道的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的“水錘效應”，減少設備損壞。在工作過程中，壓力傳感器將主管網(wǎng)水壓變換為電流信號，經(jīng)模擬量輸入模塊，輸入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設定值與實際檢測值進行PID運算，輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調節(jié)水泵電機的頻率。當用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下恒壓運行，當用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力達到設定值時，壓力傳感器上傳的信號被PLC檢測到，PLC自動將變頻泵的頻率降

18、至出水頻率，同時將第二臺泵軟啟動投入到工頻運行，以保持壓力的穩(wěn)定，此時管網(wǎng)壓力恒定依靠調節(jié)變頻泵頻率實現(xiàn)；一段時間后，若2臺泵運轉仍不能滿足壓力的要求，則依次將軟啟動下一臺水泵。當用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時實際壓力值大于設定壓力，PLC將最后啟動的工頻泵停掉，以減少供水量。4一段緩沖時間后，當變頻器仍工作在出水頻率以下時，PLC再軟停車停掉第2臺工頻運行的電機，此時管網(wǎng)壓力恒定依靠調節(jié)變頻泵頻率實現(xiàn)。為了防止備用泵銹死，用PLC定時，B、C泵循環(huán)備用。循環(huán)時間可默認定在每周三凌晨2點，因為這時用水量較少，備用泵循環(huán)可順利進行。主要參數(shù)的設定可用文本顯示器來設定。

19、5省去了改寫程序的麻煩。1.3.3本系統(tǒng)的特點 提高備用泵的利用率，是本系統(tǒng)的第一個目的，也是第一個特點。節(jié)能，是設計這套系統(tǒng)的另一個重要目的。第一，普通二級加壓水廠只單純手動控制電機的啟動和切換，這樣在電機啟動時會產(chǎn)生很大的啟動電流，長此以往對電機壽命有很大損害，而且在供水時一直按工頻全速運轉效率低、能耗大。而本系統(tǒng)可根據(jù)實際壓力變化自動調整變頻器頻率，從而改變電機轉速，減少了能量的消耗。第二，普通恒壓供水在用水量變化較大時有高效、節(jié)能的作用，但在用水量很小的情況下，如晚上，變頻器工作在出水頻率附近，耗電量增大。下面引用我的校外導師的一篇文章來說明。    &#

20、160;在山東農(nóng)村，每村平均戶數(shù)在260戶左右，每戶每月用水量大約在3t，每月全村用水量約780t，平均每天用水約26t。經(jīng)過統(tǒng)計，每天早、中、晚各1h用水量之和占全天用水量的80左右，即3h供水量為21t，平均7t/h。而其他21h供水總量為5.4t，平均0.26t/h。如該村選用的潛水電泵是2OOQj3252/4，額定流量32m/h，額定功率7.5KW，則在除早、中、晚三時的時間里，其流量占額定流量的0.81，不足1，而在早中晚三時，流量占額定流量的21。根據(jù)試驗，當2OOQj3252/4潛水電泵與變頻設備合理匹配的情況下，當流量達到額定流量21，其能耗為3.1KW。由上面的分析可知，早中

21、晚三時供水總量為80，而耗電量為9.3kW·h；而其他21個小時，供水總量為20，而耗電量為34.65kW·h。6早、中、晚三時供水量80，只占全天耗電的21，而其余時間供水量20，耗電卻占全天的79。這顯然是極不合理的現(xiàn)象。因此，必須解決好微小流量時能耗大效率低的問題。當流量較小時，恒壓供水模式將轉換成壓差供水模式。壓差供水模式的工作過程如下，當流量條件滿足壓差方式時，系統(tǒng)自動切換。變頻泵以50Hz的頻率開啟，向微泄露補償器壓水，當壓力達到壓差上限時，水泵停止供水并停機。這時管道的壓力由微泄露補償器來提供。當壓力傳感器檢測到壓力低于壓差下限時，變頻泵再次以工頻把補償器壓滿

22、。在壓力達到壓差上限時，定時器同時計時，在變頻器若干次的啟停后（系統(tǒng)默認為4次），PLC自動比較壓力由壓差上限到壓差下限的的時間是否低于系統(tǒng)設定的頻率上升時間，若都低于說明需水量已增大，系統(tǒng)就自動切換到恒壓供水狀態(tài)。微泄露補償器是比傳統(tǒng)的壓力罐、氣壓罐更先進、更環(huán)保的恒壓裝置。只使用普通氣囊儲氣，而微泄露補償器使用高質量橡膠囊儲氣，杜絕了二次污染。本系統(tǒng)是由變頻技術、壓差恒壓自動轉換技術及微泄露補償技術組成。采用這種技術供水時，變頻設備能自動的根據(jù)供水流量轉換供水方式，并利用微泄漏補償器儲能，來實現(xiàn)微小流量下高效率供水的目標。1.4本課題的主要工作 本文所做的工作分為兩個方面，一是電氣圖的設計

23、；二是PLC程序的編制滿足工藝要求。全文主體思路共分為5章，第一章概述恒壓供水問題的提出和意義，國內恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，明確論文要解決的問題并提出總體方案；第二章概述恒壓供水方案解決的基礎上，介紹恒壓供水系統(tǒng)的主要器件的原理和使用方法。第三章詳細介紹全自動供水系統(tǒng)的硬件設計。第四章詳細闡述供水系統(tǒng)的軟件設計。第五章是結論，總結該系統(tǒng)的設計思路及優(yōu)點。第二章 恒壓供水系統(tǒng)的原理 2.1變頻器 2.1.1變頻器的基本原理 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們公司現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成

24、直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。從理論上可知電機的轉速N與供電頻率f有以下關系：  ( q-電機極數(shù)  s-轉差率)                  &

25、#160;    （2-1）                 由上式可知，轉速n與頻率f成正比，如果不改變電動機的級數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在050Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。變頻器在工頻以下和工頻以上工作時的情況：（1）變頻器小于50Hz時，由于I*R很小，所以U/F=E/F不變

26、時，磁通為常數(shù)，轉矩和電流成正比，這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載（轉矩）能力，并成為恒轉矩調速。（2）變頻器50Hz以上時，通常的電機是按50Hz電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速。 (T=Te, P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產(chǎn)生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。當電機以大于50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。舉例，電機在100Hz時產(chǎn)生的轉矩大約要降低到50Hz時產(chǎn)生轉矩的1/2。因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速。下面用公式來定性的分析

27、一下頻率在50Hz時的情況。眾所周知，對一個特定的電機來說, 其額定電壓和額定電流是不變的。如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機可以工作在50Hz以上。    當轉速為50Hz時，變頻器的輸出電壓為380V，電流為30A。 這時如果增大輸出頻率到60Hz，變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A。 很顯然輸出功率不變。所以我們稱之為恒功率調速。    這時的轉矩情況怎樣呢？由于功率是角速度與轉矩的乘積。因為功率不變，角速度增加了，所以轉矩會相應減小。7我們還可以再換一個角度來看：從

28、電機的定子電壓    (I-電流，R-電子電阻，E-感應電勢)                （2-2）        可以看出，U、I不變時，E也不變。而   (k-常數(shù)，f-頻率，X-磁通)           &#

29、160;               （2-3）所以當f由50->60Hz時，X會相應減小。對于電機來說，    (K-常數(shù)，I-電流，X-磁通)                        

30、 （2-4）因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小。    結論：當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時，電機的輸出轉矩會減小。2.1.2變頻器結構電路圖 主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。變頻器結構圖如圖2-1所示。                     圖2-1變頻器結構圖2.1.3變頻器的配線 1、

31、主回路端子臺的配線圖如圖2-2所示。圖2-2 變頻器配線圖2、控制回路端子（1）控制回路端子圖變頻器實際應用中接線端子排列如圖2-3所示。圖2-3 變頻器端子圖（2）控制回路端子功能說明變頻器中所用的各個端子說明如表2-1所示。JP1跳線說明：電源：1-2短接，8V+輸出5V/50mA。電源：2-3短接，V+輸出10V/10mA。表2-1 變頻器端子功能表    3、變頻器的基本配線圖如圖2-4所示。圖2-4 變頻器基本配線圖2.1.4 故障診斷與對策當變頻器有故障時，1泵故障輸入置1，1泵停止，具體故障如表2-2。表2-2 變頻器故障對策表 

32、   2.2軟起動 2.2.1軟起動的基本原理 軟起動器是一種用來控制鼠籠型異步電動機的新設備，集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新型電機控制裝置，國外稱為 Soft Starter。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數(shù)時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提

33、供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。9軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。2.2.2常見故障的排除 STR軟啟動器有10種保護功能。當軟啟動器故障保護功能動作時，軟啟動器立即停機。操作鍵盤顯示故障保護代碼，用戶可根據(jù)代碼所對應的故障原因進行分析處理。在故障排除后，可通過復位鍵RESET進行復位。使軟啟動器回到啟動準備狀態(tài)。詳見表2-3。表2-3 軟啟動器故障對策表2.3 文本顯示器 在PLC程序設計中，有一些參數(shù)需要根據(jù)實際情況變動，這時如果再重新改變程序

34、的話，會增加出錯率。這時通過串口線把PLC的RS232端口和文本顯示器的RS232端口連接起來，顯示器中設置的參數(shù)和PLC里設定的特定寄存器值相對應。通過屏幕鍵盤的操作可該變程序里寄存器的數(shù)值。10文本顯示器面板如下圖所示。圖2-5 文本顯示器面板第三章 供水系統(tǒng)的硬件電路設計 3.1主要器件選型 3.1.1供水泵的選擇 我們山東理工大學學校里，設定每人一天的用水量為30升，我校共有32000多名學生、2600多名教職工，共34000多人，可按30000人來計算。則一天的最大用水量為         &#

35、160;                                （3-1）每小時最大時的用水量為               

36、60;                         （3-2）最高的樓為11層，每層高度按3m計算，則樓高為33m，供水高度為33m。一般由現(xiàn)實需要還要加上一層，即供水高度為36m，再加上經(jīng)驗值15m20m，則泵的總揚程為5156m。選擇離心泵ISG80-50-200，適配15KW的電機（Y160M2-2），共3臺。    

37、 3.1.2變頻器和軟起動選型 由于電機的功率為15KW，選擇康沃生產(chǎn)的P2系列CVF-P2-4T0185，軟起動器選擇STR015A，功率為18.5KW。3.2供水系統(tǒng)的電氣設計 3.2.1恒壓供水思路 本系統(tǒng)具體控制方案為：1、供水（1）單泵工作開機延時5秒，首先開啟真空泵，開啟1泵真空電磁閥和1泵電動閥，真空泵工作1分鐘后（可以設置），開啟變頻1泵，關閉真空泵，關閉1泵真空電磁閥；1泵按2HZ/S速度上升至出水頻率（可以設置），再按1HZ/S速度工作。（2）進泵當1泵到達全速但壓力達不到設定值，延時（可以設置）開啟真空泵，開啟2泵真空電磁閥和2泵電動閥，真空工作1分鐘后（可以設

38、置），軟起工頻2泵，關閉真空泵，關閉2泵真空電磁閥；1泵下降至出水頻率（可以設置），若壓力超過設定壓力，重新執(zhí)行單泵工作程序。（3）退泵當1泵頻率下降至出水頻率（可以設置），實際壓力超過設定壓力，延時（可以設置），停止2泵，關閉2泵電動閥，重新執(zhí)行單泵工作程序；（4）3泵為手動/自動備用泵，本系統(tǒng)考慮到當遇到特殊情況時兩個泵達不到需求時，要啟動3泵。故在PLC程序中編寫了進退3泵的程序。（5）電動閥門可自動，也可手動控制。2、取水當蓄水池水位下降到水位下限后，停止所有工作供水泵，并開啟取水電動閥；到達工作上限時，自動啟動系統(tǒng)，關閉取水電動閥，按照以上程序執(zhí)行。3、工作狀態(tài)系統(tǒng)分自動和手動控制，

39、在自動狀態(tài)下執(zhí)行自動程序，在手動狀態(tài)下能夠手動啟動所有負載。具體思路如圖3-1所示。圖3-1 恒壓供水思路圖3.2.2強電驅動線路1 系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式，功率為15kw，兩備一用。把1泵和變頻器連接，實現(xiàn)變頻運行。2泵和3泵用軟起動器來啟動，起動參數(shù)可調，而且采用的軟起動器具有軟停車功能。在變頻器的接點中，常開觸點KM7代表手動，常開觸點KM8代表自動，當需要系統(tǒng)自動時，KM8閉合，由PLC的模擬量模塊輸出電壓信號來改變變頻器頻率，變頻器中的AM，AM-接點連接模擬量模塊中的頻率輸入端口，并進行處理；當旋鈕打到手動檔時，KM7閉合，由滑動變阻器來改變VI1口的輸入電壓，進而改變頻率，

40、從而調節(jié)水泵的轉速。KA1線圈連接+24V和OC1端口，作用是當變頻器啟動完成后，線圈通電。當變頻器出現(xiàn)故障時，TA、TC內置開關閉合，P01口接通。FWD和CM接通時電機正轉，因為本系統(tǒng)不需要電機反轉，故沒有顯示反轉接口。軟啟動器的STOP、COM和RUN端口連接方式如圖3-2，當RUN和COM接通時，軟啟動器啟動，啟動時間可以設置。啟動完成后，12V和OC端口接通。K12和K14接口分別接P03和24V，當軟啟動器出現(xiàn)故障時，兩端口的內置開關接通，P03有信號，PLC會自動令水泵停止工作并令3泵啟動接替2泵。3泵故障設置同2泵。變頻器和兩個軟啟動器的啟動完成端口連接的線圈電路中都連接有一個

41、二極管，它的作用是為了消除繼電器線圈中的剩余電量，防止浪涌電流燒毀端口內部器件。兩軟啟動器下面的線路是為定時轉換備用泵而設計的，系統(tǒng)啟動時默認開一號線路，即KM9,KM10閉合，KM11,KM12斷開；當設定時間與系統(tǒng)內部時間相等時，KM9,KM10斷開，KM11,KM12閉合。最初的設計想法是把KM9和KM10定義為三個常閉觸點，這樣定義I/O口和編程時都會簡便一些，比如把KM9和KM10分別改為常閉觸點KM11和KM12。當需要備用泵轉換時，只讓KM11（KM11歸于KM11）和KM12（KM12歸于KM12）動作即可。但從實際考慮一個接觸器只有一個輔助常閉觸點，這樣一個電路就需要三個接觸

42、器，這樣運作起來更麻煩了；輔助觸頭是有三個常閉觸點的，但輔助觸頭絕對不能用到主電路的控制上。所以用四個常開觸點更安全。主要參數(shù)的設定可用文本顯示器來設定，省去了改寫程序的麻煩。圖3-2 強電驅動圖13.2.3強電驅動線路2 圖3-3 強電驅動圖2電路圖左邊的是真空泵的主電路，斷路器QF4和熱繼電器FR1用來保證電機安全運行，KM1的作用是在PLC中用來控制真空泵的開閉。三個電壓表用來檢測主電源線中電壓是否穩(wěn)定。最右邊的電路是為控制電路和PLC供電設計的。先通過變壓器把380V轉換成220V，用低通濾波器濾掉高頻諧波，最后通過開關電源就得到24V和5V。3.2.4電動閥控制電路 圖3-4中控制四

43、個電動閥的接觸器分別是KM2、KM3、KM4、KM5。電動閥里有兩個限位開關，三個接線端子。其中兩個常開、常閉觸點是主管閥門的開啟和閉合。連接在端子排中的1號位的是公共端，2號位的常閉觸點的作用是關閉電動閥，3號位的常開觸點閉合后電動閥開啟。當電動閥開到90°時，會碰到5號位的關到位限位開關，線圈就會通電說明電動閥已經(jīng)完全打開。同樣，當關閉電動閥時，反轉到90°時，會碰到4號位的開到位的限位開關，線圈通電表明電動閥已經(jīng)成功關閉。圖3-4 電動閥控制線路3.2.5 PLC接線圖 圖3-5所示的是LG-PLC接線圖。在可編程控制器的左右兩邊分別是定義的輸入點和輸出點。本系統(tǒng)共用

44、到三個泵，所以需要定義三個泵的狀態(tài)輸入和故障輸入，又因為所用的泵是離心泵，離心泵啟動時必須有真空泵把空氣抽凈，所以又加上了真空泵的控制端口。在現(xiàn)實控制中，手動是必須的。為了能讓備用泵順利轉換，定義循環(huán)線路的輸入和輸出端口來保證兩個軟起泵能按時轉換。在PLC右邊，定義了三個供水泵，真空泵和四個電動閥的輸出控制端口。最后的那三個供水泵電磁閥是用在每個泵啟動時控制真空泵抽各離心泵中空氣用的。下圖右邊是完成本次系統(tǒng)任務的必需擴展。首先，是兩個ADHB模數(shù)轉換模塊，用來處理如水位，壓力和頻率的模數(shù)轉換。這三個模擬量不能直接參與PLC的運算，需要轉換成數(shù)字量后才行。每個輸入輸出都有自己的寄存器地址，在編程

45、時還要在調用寄存器的值的時候與相應的系數(shù)進行運算才可用于PLC中的PID運算。     文本顯示器用于改變PLC程序中的有關參數(shù)。它對于編程和現(xiàn)場控制有很大幫助。可以隨時在需要的情況下改變如三個模擬量系數(shù)、水位的上下限和備用泵的轉換時間。圖3-5 PLC接線圖3.2.6控制線路 下面兩圖為本系統(tǒng)的控制線路。電源線為三相線的A、B相線，為了防止過載、短路和欠電壓，最開始設置上了斷路器。下面的K按鈕是應急按鈕。再下面的手動轉換開關是用來選擇手動還是自動。接觸器最多只有四個常開觸點，拿手動來說，需要兩個10型的接觸器和兩個40型的輔助觸頭，共16個常開觸點，K

46、M8同理。每個泵閥門都有自動和手動，這是在實際需要的立場上設計的。當手動時，KM7閉合2SB1為啟動按鈕，2SB2為停止按鈕，當2SB1按下時，KM13自聯(lián)鎖，以下各環(huán)節(jié)一樣；當自動時，KM8閉合由PLC控制的J繼電器來決定各個J開關的開閉。右邊的那一列指示燈是用來指示各開關按鈕、泵和閥門是否動作到位。到位后按鈕閉合，指示燈亮。指示燈這一列的電源接線接在急停按鈕下的轉換開關處，各電路環(huán)節(jié)在右邊均有注解。圖3-6 控制線路1圖3-7為兩個電動閥，循環(huán)控制線路和三個電磁閥的手動/自動控制線路。在循環(huán)控制線路中由于接觸器觸點較多，只能用兩個接觸器并聯(lián)在一起使用。循環(huán)控制那兩欄必須是兩個開關同時接通指

47、示燈才能亮。三個泵的電動閥的開到位限位開關、關到位限位開關也在指示燈上有體現(xiàn)，正常工作時相應的燈亮。另外,接觸器不能串聯(lián)，線圈通電后，靜鐵心磁化，吸合動鐵心，這時主電路才接通。如果兩個接觸器串聯(lián),也就是兩個線圈串聯(lián)，通電后，兩個線圈可視作同時得電，控制電路里回路是存在的。但由于靜鐵心磁化后產(chǎn)生的吸力不可能完全相等，所以兩個動鐵心吸合必定有快有慢。鐵心先吸合的接觸器在鐵心吸合后線圈電感增大，其端電壓也大，這就可能導致另一個接觸器線圈壓降過低，鐵心一直吸合不上。這就相當于單獨的一個110V接觸器接在220V電路中了，當然導致控制電路回路中電流過大,時間一長可能會燒毀線圈。 圖3-7 控制

48、線路2第四章 恒壓供水系統(tǒng)軟件設計 本設計由于采用的PLC是LG系列的，所以在這里簡單介紹一下LG系列PLC的一些編程規(guī)則。4.1梯形圖的基本繪制規(guī)則 1、編程順序梯形圖按照從上到下，從左到右的順序控制。每個邏輯行開始于左母線，一般來說，觸點要放在左側，線圈和指令盒放在右側，線圈和指令盒右側不能有觸點，整個梯形圖形成階梯形結構。2、編號分配對于外接電路的各元件分配編號，編號的分配必須是主機或者擴展模塊本身實際提供的，而且可以用來編程，兩個設備不能共用一個輸入輸出點。3、觸點的使用次數(shù)和線圈的使用次數(shù)在PLC的梯形圖中，觸點的使用次數(shù)可能用無數(shù)次，而線圈的使用次數(shù)只能是一次，否則，容易引發(fā)系統(tǒng)出

49、現(xiàn)意外的事故。4、線圈的連接使用一個條件驅動多個線圈時，不能串聯(lián)，只能并聯(lián)。4.2恒壓供水系統(tǒng)I/O分配表 1、系統(tǒng)具體控制方案上章已敘述，在此把恒壓供水系統(tǒng)的I/O分配列舉如下：表4-1 I/O分配表    注：備用泵轉換時間默認為：每周三凌晨兩點。2、上表中所列舉的參數(shù)可變的寄存器由LG文本顯示器輸入，文本顯示器上有接串口線的端口RS232，與PLC的RS232端口連接后就可設置參數(shù)。如下圖對水位進行設置的文本顯示器面板。圖4-1 文本顯示器界面顯示屏面板共有12個按鍵，包括：4個功能鍵（F1、F2、F3、F4）、4個箭頭鍵（向上、向下、 向左、 向

50、右）和ESC（退出）鍵、ALM（報警）鍵、SET（設置）鍵、ENT（確認）鍵。開機顯示封面，按ESC鍵退出并進入主菜單，按鍵選擇項目，再按ENT鍵進入選中的項目畫面。按ESC鍵可退出當前畫面并返回主菜單。項目說明：（1）水位設置：用戶可自己設定水位上限、供水下限和水位下限。（2）水位顯示：顯示當前水位的實際狀態(tài)。（3）壓力顯示：顯示當前管道壓力的實際狀態(tài)，及可設定壓力窗口。（4）頻率顯示：顯示當前變頻器的實際頻率，并有出水頻率設定窗口，根據(jù)具體情況設定出水頻率。（5）系統(tǒng)循環(huán)定時：即備用泵轉換時間，當時間和條件都符合時，2泵和3泵輪換工作，延長備用泵壽命。（6）系統(tǒng)內部時間：控制柜可與電腦連接

51、，文本顯示器同時可以與電腦時間校準，保證兩泵準時轉換。（7）系數(shù)設置：可跟據(jù)傳感器的實際參數(shù)設置壓力系數(shù)、頻率系數(shù)、水位系數(shù)。（8）壓差設置：用戶可設定壓差上限、壓差下限、頻率上升時間。4.3程序流程圖 具體控制方案上面已有詳細敘述，根據(jù)本課題要求和實際情況的限制，恒壓供水系統(tǒng)流程圖見附錄。4.4程序編寫 在硬件系統(tǒng)設計中，采用了一臺變頻器連接1臺電動機，變頻器輸入電源前面接入一個空氣開關，來實現(xiàn)電機、變頻器的過流過載保護接通，空氣開關的容量依據(jù)電機的額定電流來確定。對于用軟啟動器控制的電動機，還需要在軟啟動器上面接入兩個空氣開關，來實現(xiàn)電機的過流過載保護，空氣開關的容量依據(jù)電動機的額定電流來

52、確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機的容量適當選擇。水泵閥門主電路用兩個交流接觸器來控制電動機的正反轉，實現(xiàn)閥門的開啟和關閉。PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、變頻1泵起動程序、恒壓供水模塊程序、進2泵程序、求模擬量平均值程序、進3泵程序、退3泵程序、壓差程序、故障處理程序等構成。（具體程序見附錄）     4.53ìDò÷ê? ?aá?±?¤?í3?ü1?3à?DD?ò?PLC3ìDò?DDá?é?

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